CN108736503B - 一种基于全控型ac/dc换流器的直流侧故障穿越控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，确定直流电网正常运行时全控型AC/DC换流器的直流电压Udc和直流电流Idc的运行范围，确定直流电网短路故障时全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围；判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：若是，则切换至故障穿越状态；若否，则切换至闭锁状态；计算全控型AC/DC在故障穿越运行状态时的直流电流参考值，以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持。本发明解决了现有技术中未能准确对AC/DC换流器直流侧进行故障穿越控制的技术问题，能够准确、有效地实现换流器直流侧故障穿越控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运维技术领域，具体涉及一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法。
背景技术
目前，电网对于AC/DC换流器的故障穿越需求越来越高。在电网发生故障后，故障电流快速上升，将严重危及系统中的相关电气设备，此时具备良好故障穿越能力的AC/DC换流器可以保证系统的安全可靠运行。同时，在远距离大容量直流输电场合中，直流线路通常采用架空线，线路容易发生短路、闪络等暂时性故障，然而目前的柔性直流技术无法像传统直流技术那样单纯依靠AC/DC换流器控制来完成直流侧故障的清除。因此，为了将柔性直流技术推广到远距离大容量架空线输电场合，对AC/DC换流器的故障穿越能力提出了更高的要求。
交流电网发生短路故障时，换流器按低电压穿越能力要求在预定的时间内保持不脱网运行，同时还需向交流电网提供无功电流支持。由国标GB/T32826-2016建模导则要求，可以得到换流器的交流侧故障穿越控制及保护闭锁结构。同样，直流电网发生短路故障时，直流侧电压出现跌落，换流器根据故障后直流电压大小具有一定的故障穿越能力。然而，目前国标中关于换流器的直流侧故障穿越控制还没有明确要求。因此，需要对直流电网故障时换流器的故障穿越控制进行分析。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，解决现有技术中未能准确对AC/DC换流器直流侧进行故障穿越控制的技术问题，能够准确、有效地实现换流器直流侧故障穿越控制。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，全控型AC/DC换流器用于混联交流电网与直流电网，包括以下步骤：
步骤1：确定直流电网正常运行时全控型AC/DC换流器的直流电压Udc和直流电流Idc的运行范围：在输出容量约束|Udc×Idc|≤Pmax下，直流电压的运行范围Udc∈[Udc min,Udc max]，直流电流的运行范围Idc∈[Idc min,Idc max]，其中，Pmax为最大输出容量；Udc min、Udc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值、直流电压最大值；Idc min、Idc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电流最小值、直流电流最大值；
步骤2：确定直流电网短路故障时全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围：[Udc min f,Udc min]；其中，Udc min f为全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压最小值，Udc min为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值；
步骤3：当发生直流电网短路故障时，根据全控型AC/DC换流器的直流电压跌落幅度判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]以外，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态，进入步骤4；
步骤4：全控型AC/DC换流器切换至故障穿越状态，并计算全控型AC/DC在故障穿越运行状态时的直流电流参考值；
步骤5：全控型AC/DC换流器以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持。
优选的，全控型AC/DC在故障穿越运行状态时，第i个全控型AC/DC换流器输出的直流电流参考值Idcrefi按如下公式计算：
其中，UDi表示直流电网短路故障时，第i个全控型AC/DC换流器的直流电压；Idcf 0i为第i个全控型AC/DC换流器的零电压穿越直流电流，Idcfmi为第i个全控型AC/DC的低电压穿越直流电流，Kdcfi为第i个换流器的低电压穿越直流电流支撑系数。
优选的，步骤3中，还通过以下条件判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：直流电网短路故障时，全控型AC/DC换流器是否发生过流、过/欠压、过/欠频率等保护动作；若是，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；若否，并且满足全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则表明全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法在保障电网安全的基础上进行，故障穿越控制，为发生短路故障的直流电网提供电流支持，以提高直流电网的故障恢复能力，对保证电网的安全稳定运行具有重要意义。
2、本发明的控制方法能够确保在直流电网故障时，全控型AC/DC换流器输出的直流电流能够跟踪直流电流参考值，并且直流电网跌落幅度越大，UDi则越小，那么根据直流电流参考值Idcrefi的计算公式可知，直流电网跌落幅度越大，直流电流参考值越大，从而全控型AC/DC换流器向直流电网注入的直流电流也越大，能够增强直流电网故障恢复能力。
3、在判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态时，结合直流电网跌落幅度与全控型AC/DC换流器是否发生保护动作进行判断，能够提高电网运行的安全性，避免强行进行故障穿越加重电网。
附图说明
图1是直流电网短路故障时全控型AC/DC换流器直流电压和直流电流运行区域；
图2是全控型AC/DC换流器故障穿越控制方法的逻辑原理图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。现提出一种基于直流电流支持的换流器直流侧故障穿越控制方法，可增强直流电网的故障恢复能力，具有重要的学术意义和工程价值。
一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，全控型AC/DC换流器用于混联交流电网与直流电网，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：确定直流电网正常运行时全控型AC/DC换流器的直流电压Udc和直流电流Idc的运行范围：在输出容量约束|Udc×Idc|≤Pmax下，直流电压的运行范围Udc∈[Udc min,Udc max]，直流电流的运行范围Idc∈[Idc min,Idc max]，其中，Pmax为最大输出容量；Udc min、Udc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值、直流电压最大值；Idc min、Idc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电流最小值、直流电流最大值；
步骤2：如图1所示，确定直流电网短路故障时全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围：[Udc min f,Udc min]；其中，Udc min f为全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压最小值，Udc min为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值；
步骤3：当发生直流电网短路故障时，根据全控型AC/DC换流器的直流电压跌落幅度判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]以外，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态，进入步骤4；
步骤4：全控型AC/DC换流器切换至故障穿越状态，并计算全控型AC/DC在故障穿越运行状态时的直流电流参考值；
步骤5：全控型AC/DC换流器以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持。
本发明的基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法在保障电网安全的基础上进行，故障穿越控制，为发生短路故障的直流电网提供电流支持，以提高直流电网的故障恢复能力，对保证电网的安全稳定运行具有重要意义。
本具体实施方式中，如图2所示，全控型AC/DC在故障穿越运行状态时，第i个全控型AC/DC换流器输出的直流电流参考值Idcrefi按如下公式计算：
其中，UDi表示直流电网短路故障时，第i个全控型AC/DC换流器的直流电压；Idcf0i为第i个全控型AC/DC换流器的零电压穿越直流电流，Idcfmi为第i个全控型AC/DC的低电压穿越直流电流，Kdcfi为第i个换流器的低电压穿越直流电流支撑系数。
本发明的控制方法能够确保在直流电网故障时，全控型AC/DC换流器输出的直流电流能够跟踪直流电流参考值，并且直流电网跌落幅度越大，UDi则越小，那么根据直流电流参考值Idcrefi的计算公式可知，直流电网跌落幅度越大，直流电流参考值越大，从而全控型AC/DC换流器向直流电网注入的直流电流也越大，能够增强直流电网故障恢复能力。
本具体实施方式中，步骤3中，还通过以下条件判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：直流电网短路故障时，全控型AC/DC换流器是否发生过流、过/欠压、过/欠频率等保护动作；若是，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；若否，并且满足全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则表明全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态。
在判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态时，结合直流电网跌落幅度与全控型AC/DC换流器是否发生保护动作进行判断，能够提高电网运行的安全性，避免强行进行故障穿越加重电网。
Claims (2)
1.一种基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，全控型AC/DC换流器用于混联交流电网与直流电网，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：确定直流电网正常运行时全控型AC/DC换流器的直流电压Udc和直流电流Idc的运行范围：在输出容量约束|Udc×Idc|≤Pmax下，直流电压的运行范围Udc∈[Udc min,Udc max]，直流电流的运行范围Idc∈[Idc min,Idc max]，其中，Pmax为最大输出容量；Udc min、Udc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值、直流电压最大值；Idc min、Idc max分别为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电流最小值、直流电流最大值；
步骤2：确定直流电网短路故障时全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压运行范围：[Udc min f,Udc min]；其中，Udc min f为全控型AC/DC换流器能够保持故障穿越运行的直流电压最小值，Udc min为全控型AC/DC换流器正常运行的直流电压最小值；
步骤3：当发生直流电网短路故障时，根据全控型AC/DC换流器的直流电压跌落幅度判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]以外，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；
若全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态，进入步骤4；
步骤4：全控型AC/DC换流器切换至故障穿越状态，并计算全控型AC/DC在故障穿越运行状态时的直流电流参考值；
步骤5：全控型AC/DC换流器以直流电流参考值向直流电网输出直流电流，从而为发生短路故障的直流电网提供直流电流支持；
全控型AC/DC在故障穿越运行状态时，第i个全控型AC/DC换流器输出的直流电流参考值Idcrefi按如下公式计算：
其中，UDi表示直流电网短路故障时，第i个全控型AC/DC换流器的直流电压；Idcf0i为第i个全控型AC/DC换流器的零电压穿越直流电流，Idcfmi为第i个全控型AC/DC的低电压穿越直流电流，Kdcfi为第i个换流器的低电压穿越直流电流支撑系数；
全控型AC/DC换流器输出的直流电流能够跟踪直流电流参考值，并且直流电网跌落幅度越大，UDi则越小，那么根据直流电流参考值Idcrefi的计算公式可知，直流电网跌落幅度越大，直流电流参考值越大，从而全控型AC/DC换流器向直流电网注入的直流电流也越大，能够增强直流电网故障恢复能力。
2.根据权利要求1所述的基于全控型AC/DC换流器的直流侧故障穿越控制方法，其特征在于：步骤3中，还通过以下条件判断全控型AC/DC换流器是否能够运行在故障穿越状态：直流电网短路故障时，全控型AC/DC换流器是否发生过流保护动作、过/欠压保护动作或过/欠频率保护动作；若是，则全控型AC/DC换流器切换至闭锁状态并退出运行；若否，并且满足全控型AC/DC换流器的直流电压跌落至[Udc min f,Udc min]内，则表明全控型AC/DC换流器能够运行在故障穿越状态。
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